Home » Нейробиологи картируют пути мозга для обучения на основе негативной обратной связи

Нейробиологи картируют пути мозга для обучения на основе негативной обратной связи

Аксоны, экспрессирующие парвальбумин (желтый), контактируют с холинергическим нейроном (голубой) в медиальной перегородке. Фото: Панна Хегедюс. Из Hegedüs et al., 2024, Nature Communications.

«Я не буду делать это снова», — часто говорим мы, сталкиваясь с негативными отзывами, нежелательными последствиями или разочаровывающими результатами. Таким образом, мы пытаемся извлечь уроки из такого негативного опыта. Этот принцип также является краеугольным камнем нашей системы образования: провал на экзамене должен побудить учащихся в следующий раз добиться большего.

Как мозг достигает такого типа обучения? В некоторых частях системы оценки мозга положительное и отрицательное подкрепление выглядят как две стороны одной медали. Примечательно, что некоторые нейроны, которые выделяют нейромодулятор «дофамин», демонстрируют результаты лучше или хуже, чем ожидалось, с увеличением или уменьшением их активности соответственно. В то же время накопилось множество данных, свидетельствующих о том, что другие части мозга воспринимают «негативное» и «позитивное» принципиально по-разному.

Негативные переживания, встречаясь с ними, часто оказывают возбуждающее действие: они не оставляют нас равнодушными или беспечными. Помимо этого общего возбуждения, активируются определенные части неокортекса, которые позволяют нам обращать внимание на соответствующие функции и, в конечном итоге, делать выводы и учиться — концепция, которую иногда называют «вниманием для обучения». Сосредотачиваясь на негативной стороне вещей, мы можем назвать это «вниманием к аверсивному обучению».

Группа нейробиологов из Института экспериментальной медицины HUN-REN в Будапеште (Венгрия) под руководством главного исследователя Балаша Ханья, доктора медицинских наук, задалась вопросом, что именно области мозга и типы нейронов может быть ответственным за «внимание к аверсивному обучению».

В исследовании под названием «Нейроны базального отдела переднего мозга, экспрессирующие парвальбумин, опосредуют обучение негативный опыт” и опубликовано в Природные коммуникациикоманда сообщает, что долгосрочное проектирование тормозные нейроны Ключевую роль в этом процессе играют кальцийсвязывающий белок парвальбумин (PV), известный своей способностью к очень быстрой активности, расположенный в глубоком ядре головного мозга, называемом «горизонтальным звеном диагональной полосы Брока» или HDB.

Эти нейроны HDB-PV имеют ранее было показано передавать возбуждающие эффекты в неокортекс как в краткосрочном, так и в долгосрочном масштабе, а также контролировать быстрые корковые волны мозга, называемые гамма-колебаниями, которые важны для когнитивных процессов. Таким образом, они оказались хорошими кандидатами на роль посредников «внимания к аверсивному обучению».

Команда Ханья показала, что эти нейроны действительно рекрутируются в результате аверсивных событий у экспериментальных мышей, таких как неожиданный порыв воздуха на лице, которого мыши стараются избегать, или запах напуганного хищника.

Такие аверсивные события, очевидно, актуальны как для людей, так и для животных и, таким образом, активируют ряд путей, вызывая ряд последствий в мозге. Прежде всего, и, возможно, в первую очередь, эти события могут представлять собой вероятность длительного негативного воздействия или даже непосредственной опасности, вероятность которой следует снижать с помощью избегающего поведения.

Действительно, было обнаружено, что многие нейронные пути, задействованные аверсивными входными сигналами, стимулируют активное избегание. Во-вторых, неожиданные неприятные события должны повышать возбуждение и внимание за счет активации соответствующих частей неокортекса, тем самым привлекая ресурсы, позволяющие справиться с ситуацией. В-третьих, что имеет решающее значение для выживания в долгосрочной перспективе, аверсивные события должны побуждать к обучению, которое поможет избежать или уменьшить воздействие подобных сценариев в будущем.

«Обучение на негативном опыте — это глубоко укоренившаяся древняя стратегия выживания. Она настолько сильна, что иногда мы сами можем испытывать ее, что она может даже преодолеть эффект положительного подкрепления», — добавляет Панна Хегедюс, первый автор исследования.

Команда Ханья использовала технологию под названием оптогенетика, которая может сделать определенные типы клеток, в данном случае нейроны HDB-PV, чувствительными к свету. Эти методы позволяют точно активировать или подавлять активность нейронов за счет своевременной доставки света в ткань мозга через небольшие оптические волокна.

Они обнаружили, что активация нейронов HDB-PV не вызывает у мышей избегающего поведения, что позволяет предположить, что этот путь не участвует в активном избегании, таком как поиск убежища, но, скорее всего, опосредует аспекты внимания и/или обучения, вызванные аверсивными стимулами.

Действительно, когда они оптогенетически блокировали реакцию нейронов на лицевые дуновения воздуха, мыши не смогли научиться различать прогностические слуховые стимулы для прогнозирования вероятных или маловероятных дуновений воздуха. Этот эксперимент продемонстрировал, что нейроны HDB-PV необходимы для обучения на аверсивных стимулах.

Какая цепь мозга обеспечивает этот эффект обучения? Нейроны не действуют изолированно, а являются частью сложных цепей с разнообразными входными и выходными путями. Команда Хангья вместе с Габором Ньири и коллегами из того же института сопоставила входы и выходы нейронов HDB-PV. Они обнаружили, что эти клетки интегрируют несколько источников аверсивной информации, включая известные пути от гипоталамуса и ядер шва ствола мозга.

В свою очередь, они передают интегрированную информацию в так называемую лимбическую систему, отвечающую в целом за поведенческие и эмоциональные реакции, включая септо-гиппокампальную систему, важную для хранения и воспроизведения эпизодических воспоминаний.

Кроме того, ингибирующие клетки HDB-PV в основном нацелены на другие тормозные нейроны в этих областях, таким образом, вероятно, освобождая возбуждающие клетки от торможения, позволяя им быть более активными — повсеместно распространенный мозговой механизм, называемый растормаживанием.

В целом, исследование предполагает, что тормозные нейроны HDB-PV большого радиуса действия рекрутируются аверсивными стимулами для выполнения важнейших функций ассоциативного обучения за счет повышения корковой возбудимости в определенных целевых областях, вероятно, путем растормаживания. Таким образом, по крайней мере для аверсивных стимулов, нейроны HDB-PV могут быть физическим субстратом концепции «внимания для обучения».

«Нарушение регуляции обработки положительной и отрицательной валентности можно наблюдать при различных психических расстройствах, включая тревогу и депрессию. Поэтому крайне важно понять, как отрицательная валентность кодируется в мозге и как она способствует обучению», — заключает Хегедюс.

Больше информации:
Панна Хегедюс и др., Экспрессирующие парвальбумин нейроны базального переднего мозга опосредуют обучение на основе негативного опыта, Природные коммуникации (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48755-7

Цитирование: Нейробиологи картируют пути обучения мозга на основе отрицательной обратной связи (7 июня 2024 г.), получено 10 июня 2024 г. с https://medicalxpress.com/news/2024-06-neuroscientists-brain-pathways-negative-feedback.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.

2024-06-07 17:28:50


1718022390
#Нейробиологи #картируют #пути #мозга #для #обучения #на #основе #негативной #обратной #связи

Read more:  Доверие к политике на самом низком уровне за десять лет | Политика

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.